ANALYSIS, DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SINGLE-STAGE HIGH-FREQUENCY-ISOLATED DC-AC FLYBACK CONVERTERS
Esta dissertação propõe a análise de dois conversores de estágio único, isolados em alta frequência e adequados para aplicações de conexão à rede elétrica. Inicialmente, é introduzida uma nova estratégia de modulação para o conversor flyback bidirecional com conexão diferencial. Esta modulação melhorada proporciona melhor desempenho, reduzindo os valores de corrente RMS para cada componente do circuito, contribuindo assim para a redução das perdas por condução. As análises estáticas do conversor operando em ambas estratégias de modulação alternativa e original são apresentadas. A análise dinâmica também é realizada, fornecendo a função de transferência da corrente de saída pela razão cíclica do conversor ligado à uma carga resistiva e acoplado a uma fonte de tensão. Um protótipo com potência de saída de 500 W, 20 kHz, com tensão de entrada de 70 V e 127 VRMS na tensão de saída é apresentado e os resultados experimentais que comparam a nova estratégia de modulação confirmam a análise teórica e desempenho superior. Uma tensão de saída com baixa THD é alcançada para ambas estratégias de modulação, operando em malha aberta em no modo de condução contínua. O segundo conversor é um flyback com grampeamento ativo adequado para ser utilizado como um micro-inversor em aplicações de energias renováveis. As principais características da topologia são o relativo baixo número de componentes, o isolamento em alta frequência, possibilidade de ser utilizado como elevador de tensão de saída e operação em ZVS. O grampeamento ativo permite recuperar a maior parte da energia armazenada na indutância de dispersão dos indutores flyback e, assim, uma melhoria na eficiência do conversor é atingida. A análise estática é fornecida para o conversor operando em CCM. Além disso, uma função de transferência da corrente de saída pela razão cíclica é apresentada para uma carga resistiva na saída. Para este conversor duas frequências de comutação de 100 kHz e 50 kHz foram testadas num protótipo construído para 500 W, com tensão de entrada de 70 V e tensão de saída de 127 VRMS.
ANALYSIS, DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SINGLE-STAGE HIGH-FREQUENCY-ISOLATED DC-AC FLYBACK CONVERTERS
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DOI: 10.22533/at.ed.966232404
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Palavras-chave: Conversor flyback. Comutação suave. Estágio único. Conexão diferencial. Isolação em alta frequência.
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Keywords: Flyback converter. Soft-switching. Single-stage. Differential output connection. High-frequency-isolated.
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Abstract:
ABSTRACT: This thesis proposes the analysis of two single-stage high-frequencyisolated converters suited for grid-tied applications. Firstly, a new modulation strategy to the bidirectional flyback converter with differential output connection is introduced. This improved modulation provides better performance by reducing the RMS current values for every circuit element, thereby contributing to reduced conduction losses. The static analyses of the converter operating in both the original and the alternative switching strategies are presented. Dynamic analysis is also performed, providing the output-current-to-duty-cycle transfer function of the converter connected to a resistive load and coupled to an output voltage source. A 500 W, 20 kHz, 70 V input voltage and 127 VRMS output voltage prototype is presented and experimental results comparing the new modulation strategy to the original confirm the theoretical analyses and superior performance of the alternative switching strategy. A low THD output voltage is achieved for both switching strategies, operating in open loop and in continuous conduction mode. The second converter is an active-clamping flyback converter suitable to be used as a microinverter in renewable energy applications. The main features of the topology are the relatively low component count, high-frequency isolation, voltage step-up capability and zero voltage switching. The active clamping allows to recover most of the energy stored in the flyback inductors’ leakage inductance and thus an improvement on the system efficiency is achieved. The static analysis for CCM operation is provided. In addition, an output-current-to-duty-cycle transfer function for a resistive load connected to the output of the converter is presented. Two switching frequencies of 100 kHz and 50 kHz were tested in a prototype built for 500 W, 70 V input voltage and 127 VRMS output voltage.
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Número de páginas: 276
- Marlon Lessing
